空间几何体的表面积和体积公式大全.docx

1、空间几何体的表面积和体积公式大全空间几何体的表面积与体积公式大全全（表）面积（含侧面积）1、 柱体 棱柱S侧 c h S全 2S底 S侧 圆柱SS2、 锥体 棱锥： S棱锥侧 12c底 h 圆锥： S圆锥侧 12 c底l3、 台体S全 S底 S侧 棱台： 圆台：S棱台侧S棱台侧12 （c上底 c下底 ） h12 （c上底 c下底 ） lS全 S上 S侧 S下4、 球体 球： S 球 4 r 2 球冠：略 球缺：略S下S下体积1、 柱体 棱柱V柱 S h 圆柱2、 锥体 棱锥 圆锥1V柱 3S h3、 台体1 棱台 V台 13h （S上 S上S下 S下） 圆台 V 圆台 3 h （r 上 r 上

2、 r 下 r下）4、 球体 球： V 球 43 r 球冠：略 球缺：略 说明：棱锥、棱台计算侧面积时使用侧面的斜高 h 计算；而圆锥、圆台的 侧面积计算时使用母线 l 计算。三、 拓展提高1、 祖暅原理：（祖暅：祖冲之的儿子）夹在两个平行平面间的两个几何体，如果它们在任意高度上的平行截 面面积都相等，那么这两个几何体的体积相等。最早推导出球体体积的祖冲之父子便是运用这个原理实现的2、 阿基米德原理：（圆柱容球）圆柱容球原理： 在一个高和底面直径都是 2r 的圆柱形容器内装一个最大的 球体，则该球体的全面积等于圆柱的侧面积，体积等于圆柱体积的 2 。3分析：圆柱体积： V 圆柱 S h ( r

3、) 2r 2 r圆柱侧面积： S圆柱侧 c h ( 2 r ) 2r 4 r 因此：球体体积： V 球 32 2 r3 43 r333球体表面积： S球 4 r 2即底面直径和高相等的圆柱体积等于与它等底等高的圆锥与同直径的球体积之和整理得： h1 S上 hS下 S上又因为台体的体积 =大锥体体积小锥体体积1 1 1 1 V台 3 S下( h1 h ) 3S上 h1 3h1(S下 S上) 3 S下 h21 (n 1) n2 2 n 1 r n r ( r) r n半球半球体积为： V半球 Vn nr (r12 r 22 rn2)2 2 2= nr r 2n 1 ( 0) .( 1) ( n 1

4、) n n n n2 2 2 2= r3n 0 1 2 .2 (n 1) n r n分析：球体可以切割成若干（ n个 ）近似棱锥，当 n 时，这些棱锥的高为球体半径， 底面积为球面面积的 1 ，则每一个棱锥的体积 V1 1 1 S球r ， n 3 n则所有的小棱锥体积之和为球体体积。即有：2 S球 4 r1）体积关系如图：正方体切下四个三棱锥后，剩下的部分为正四面体 设正方体棱长为 a ， 则其体积为： V 正方体 a3 四个角上切下的每一个三棱锥体积为：1 1 1 2 1 3V 三棱锥 3S h 3 (2a ) a 6 a 中间剩下的正四面体的体积为：这样一个正方体可以分成四个三棱锥与中间一

5、个正四面体2)外接球正方体与其体内最大的正四面体有相同的外接球。 (理由：过不共面的四点确定一个球。 )正方体与其体内最大的正面体有四个公共顶点。所以它们共球。回顾： 两点定线 三点定面 三点定圆 四点定球（b）正方体内切球与正四面体的四条棱相切。（ c）与正四面体四条棱相切的球半径 =正方体棱长的一半（d）设正四面体棱长为 a ，则与其棱都相切的球半径为 r 11 a 2有： r1 21 a2 42a7、 利用祖暅原理推导球体体积。构造一个几何体，使其截面与半球截面处处相等，根据祖暅原理可得两物 体体积相等。证明：作如下构造： 在底面半径和高都是 r 的圆柱内挖去一个与圆柱等底等高的圆锥。如

6、图：在半球和挖去圆锥后的组合体的相同截面上作研究，设圆柱和半球底面半 径均为 R ，截面高度均为 h ，倒圆锥的截面半径为 r 锥1，半球截面半径为则：挖去圆锥后的组合体的截面为： S1 R2 r 2锥1 半球截面面积为： S2 r 2球1 倒圆锥的底面半径与高相等，由相似三角形易得： r 锥1 h 在半球内，由勾股定理易得： r 球1 R2 h2 2 2 2 S1 R h S2 R h即： S1 S2 ，也就是说：半球与挖去倒圆锥后有圆柱在相同的高度上有相 同的截面。由祖暅原理可得： V1 V 2所以半球体积：1 2 2 2 2 3 V 半球 Sh 3 Sh 3 Sh 3 R R 3 R即，

7、球体体积：2 3 4 3 V 球 2 3 R 3 R8、 正方体与球34 3 4 d 1 3 V 正方体 a V球 3 r 3 ( 2) 6 a正方体的体对角线 3 a 球体的直径 d34 3 4 d 3 3 V 球 3 r 3 ( 2) 2 a V 球： V正方体 3 :23)规律：1正方体的内切球与外接球的球心为同一点；2正方体的内切球与外接球的球心在体对角线上；3正四面体的内切球与外接球的的半径之比为： 1: 34正四面体内切球与外接球体积之比为： 1：3 35正四面体内切球与外接球表面积之比为： 1： 36正方体外接球半径、正方体棱长、内切球半径比为： 3 :2 ：17正四面体外接球、

8、正四面体、内切球体积比为： 3 3 :6:8正四面体外接球、正四面体、内切球表面积比为： 3 : 6:(1)正四面体的内切球9、 正四面体与球解题关键：利用体积关系思考内切球的球心到各个面的距离相等，球心与各顶点的连线恰好把一个正四面体分成四个三棱锥，每个三棱锥的底面为原正四面体的底面，高为内 切球的半径 r 。1 1 2 1 1 2 利用体积关系得： 4 (1 1 a2sin 60 r ) 1 (1 a2sin 60 ) h3 2 3 2所以： r 1h ，其中 h 为正四面体的高。由相关计算得：h a 23 (12a 3) 3 a4 3 4 6 6 即：V球 34 r 43 (126a)

9、21662）正四面体的外接球3）规律：1正四面体的内切球与外接球的球心为同一点；2正四面体的内切球与外接球的球心在高线上；3正四面体的内切球与外接球的的半径之和等于高；4正四面体的内切球与外接球的半径之比等于 1： 35正四面体内切球与外接球体积之比为： 1：276正四面体内切球与外接球表面积之比为： 1： 97正四面体外接球半径、正四面体棱长、内切球半径比为： 3 6:12： 6正四面体外接球、正四面体、内切球体积比为： 27 3 :18: 310、 圆柱与球1）圆柱容球（阿基米德圆柱容球模型）2）球容圆柱四、 方法总结面举例说明立体几何的学习方法例：已知正四面体的棱长为 a ，求它的内切球

10、和外接球的半径思路：先分析球心的位置。因为正四面体是特殊的四面体，显然内切球与EO1EG1O1DGA2 GO1/ AD且GO1AD13 GOO1 DOA OO1AO13即： A3O 34 AO134 h436436 aa4O1O1116614 AO14h4a3a124363V 外接球3DO38a4363V 内切球3OO31216a方法 2：体积分析：（最灵活的方法）外接球的球心是重合的。且是正四面体的高线交点。再分析球心与一些特 殊的点、线、面的位置、数量关系。在内切球这种情况下，球心垂直于每 一个面，且到每一个面的距离相等；在外接球这种情况下，球心到每个顶 点的距离相等。方法 1：展平分析：

11、（最重要的方法）如图：取立体图形中的关键平面图形进行分析！ 连接 DO并延长交平面 ABC于点 G，连接 GO1连接 DO1 并延长交 BC于点 E，则 A、G、 在平面 AED中，由相似知识可得：如图：设正四面体 ABCD的内切球球心为 O ，连接AO、BO、CO、DO，则正四面体被分成四个完全一样的三棱锥方法 3：方程分析：（最常见的做法）代入方程解得：DO 6 a、OO1 6 a4 1 124 3 6V 内切球 3 OO1 216设内切球半径为 r ，正四面体的棱长为 a方法 4：补形分析（最巧妙的思考）把正四面体补成正方体进行分析。如图： 此时，正四面体与正方体有共同的外接球。为：正四

12、面体的外接球半径为： D 6 a24内切球半径为： D 1 6 a2 3 124 3 6 3V 外接球 3 R 8 a4 3 6 3V 内切球 3 r 216 a方法 5：坐标分析（最意外的解法） 建立如图所示的空间直角坐标系：则 A（0，0， 36 a ），B（0， 33 a ，0）33C( 12a， 63 a ， 0)，D( 12a， 63 a ，0)，设球心位置为 O( x， y ， z，)2222由 | OA | | OB | | OC | | OD | R得： OA OB OC OD即：x y (z 6 a) x ( y333 a) z2 (x 21a) (y 36 a) z=(x

13、12a)2 (y 36a)2 z2解得：x y 0，z 6a ，即： r 6 a，R 6a 6a 6a12 12 3 12 44 3 6 3 V 外接球 3 R 8 a主要方法：一、 统一思想1、 公式的统一 对于每个几何形体的面积与体积公式，我们很想找出一个万能 公式全部适用于所有形体，但是这只是一个理想状况，实际上不可 能，最多只可能适用于一部分而已。即使是这样，也只减小我们对 公式的记忆难度，增强学习的灵活性。(1)梯形的面积公式： S 1 (a b)h ，同样适用于三角形、平行四2 边形、长方形、正方形、扇形的面积计算。只是在使用时作微 调而已。在分析三角形时，上底变为 0；分析长方形

14、、正方形、 平行四边形时， 上下底变成一样； 在分析扇形时， 上底变为 0， 下底变成弧长，高为半径。(2)台体的侧面积公式： S侧 21 (c c) h ，同样适用于圆柱、 棱柱、 圆锥、棱锥、球的侧面积计算。只是在使用时作微调而已。在 分析圆柱、棱柱时，上下底周长变成一样；在分析棱锥时，上 底周长变为 0；在分析圆锥时，上底周长变为 0，斜高变成母线；在分析球体的面积时，上下底都取最大圆的周长，高取直径，即： S球 1 (2 r 2 r )2r 4 r(3) 台体的体积公式： V 13(S上 S上 S下 S下) h ，同样适用于圆3 柱、棱柱、圆锥、棱锥、球的体积计算。只是在使用时作微调

15、而已。在分析圆柱、棱柱时，上下底面积变成一样；在分析棱 锥时，上底面积变为 0；在分析圆锥时，上底面积变为 0；在 分析球体的体积时， 上底面积取 0，下底取最大圆面积的 2 倍， 高取直径，即： S球 13(2 r 2)2r 34 r3332、 字母的统一在进行分析时，一般要把字母统一，这样便于进行比较！3、 关系的统一 注意相似的关系：面积比等于相似比的平方，体积比等于相似 比的立方。球体、正方体、正多面体相似！二、 转换思想1、 平面与立体的转换这是立体几何的一种重要思想， 即把立体的问题交给平面来解 决。但是要在特殊的面中进行，有时还要把面与面的关系交给 线与线来分析。如二面角的大小研

16、究，通常会作垂直于两面的 交线的直线来分析。 异面直线的有关系也要平移到同一面中研 究。在立体与平面的转换中平移是一种很实用的手段。通过平 移不在同一平面内的可转换为同一平面内， 不垂直的可转换为 垂直来分析！2、 位置的转换3、 形体的转换三、特殊思想1、特殊点（1）中点：特殊的线的中点是解题的钥匙！特别要关注！（ 2）顶点：几何体的顶点也是重要的点， 作用。其连线在分析时很有（ 3）垂足：高与面交点是比较特殊的点，解题时也要注意！2、特殊线（1）高线（2）中线（3）角平分线3、特殊面（1）平行的面（ 2）垂直的面（ 3）二面角特殊的面4、特殊关系（ 1）相似关系（ 2）比值关系四、标准化思想1、三视图的规则2、斜二测画法的规则3、空间直角坐标规则